無線電力抄表系統(tǒng)的傳輸中繼站設(shè)計

摘要：提出一種無線電力抄表系統(tǒng)傳輸中繼站的設(shè)計，簡要介紹了集中器和采集終端，著重闡述數(shù)據(jù)傳輸中繼電路部分。通過CC1110芯片設(shè)計了無線中繼模塊的硬件電路和智能電表接口電路。在分析抄表系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，參考現(xiàn)行的幾種路由協(xié)議，通過改進(jìn)的DSR路由協(xié)議，很好地解決了無線電力抄表系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸中繼問題。
關(guān)鍵詞：無線抄表；自組網(wǎng)；CC1110；傳輸中繼

引言
無線抄表技術(shù)是基于微功率、短距離、智能化的無線通信技術(shù)，通過采用高度集成的SoC或者利用微控制器及無線射頻芯片，結(jié)合少量的外圍器件構(gòu)成無線電力抄表的專用或通用模塊。單跳星型網(wǎng)絡(luò)是目前無線抄表采用最多的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但其存在通信距離有限、只能在中心節(jié)點覆蓋范圍內(nèi)通信、網(wǎng)絡(luò)容量小的缺點。本文提出一種基于CC1110的無線抄表中繼方法，其通信質(zhì)量好，經(jīng)濟(jì)適用，通過應(yīng)用改進(jìn)的DSR路由協(xié)議可以提高無線鏈路的吞吐率及傳輸可靠性，并且增加系統(tǒng)的覆蓋范圍和魯棒性，可更好地應(yīng)用于電力自動化系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
無線抄表系統(tǒng)由下行終端設(shè)備(包括無線收發(fā)器和智能電表)、數(shù)據(jù)集中器上行終端(系統(tǒng)主站)構(gòu)成。當(dāng)智能電表在集中器覆蓋范圍之外時，需要借助其他無線節(jié)點實現(xiàn)多跳傳輸。設(shè)計將無線節(jié)點內(nèi)嵌到電表中，與電表外設(shè)通信接口相連接，通過MCU與射頻模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、存儲及轉(zhuǎn)發(fā)等操作。無線節(jié)點是整個系統(tǒng)的通信橋梁，在實現(xiàn)中繼傳輸過程中起到關(guān)鍵作用。系統(tǒng)基本組成如圖1所示。

集中器和各終端設(shè)備自行組織網(wǎng)絡(luò)，通過無線節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和中繼。集中器負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的建立和維護(hù)，其同時具有路由功能以進(jìn)行抄表數(shù)據(jù)的上傳和各節(jié)點的抄收工作。下行終端設(shè)備與集中器、系統(tǒng)主站之間建立一個無線數(shù)據(jù)通信信道。
具體實現(xiàn)過程：設(shè)備連接時，先進(jìn)行初始化工作，保證網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點都能成功加入網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)需要進(jìn)行電表數(shù)據(jù)采集時，系統(tǒng)主站首先通過光纖或GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送抄表命令到集中器，集中器收到命令后，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)初始化時建立的路由信息，以輪詢的方式向每個對應(yīng)節(jié)點發(fā)送抄表命令。無線節(jié)點采用有線方式連接到智能電表，當(dāng)收到來自集中器的抄表命令后，讀取電表數(shù)據(jù)，并根據(jù)規(guī)定好的通信協(xié)議對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為適合在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)母袷健Ｖ蟾鶕?jù)改進(jìn)的DSR路由中繼算法，尋找最優(yōu)路徑，通過無線節(jié)點或直接發(fā)送給集中器，再由集中器通過GPRS網(wǎng)絡(luò)或光纖傳送給系統(tǒng)主站。

2 無線中繼節(jié)點的硬件設(shè)計
中繼節(jié)點模塊實現(xiàn)無線電表的網(wǎng)絡(luò)功能，智能電表通過這個模塊實現(xiàn)與集中器和其他無線節(jié)點的數(shù)據(jù)交換。當(dāng)集中器覆蓋范圍內(nèi)的智能電表收到抄表命令時，通過無線節(jié)點直接上報電表數(shù)據(jù)，而在覆蓋范圍外的智能電表則需要其他無線節(jié)點進(jìn)行接力傳輸。其模塊構(gòu)成如圖2所示。